(57)【要約】【課題】  水晶波長板を用いた画像表示装置において、高いコントラスト比の表示画像が得られる画像表示装置を提供する。【解決手段】  色分解合成手段の偏光ビームスプリッタと反射型空間光変調素子との間に配置された水晶波長板は、２枚の水晶波長板が積層されて構成され、これら水晶波長板の遅相軸のなす角度が、直交方向に対して５分以上１５分以内となっている。【選択図】      図１
2005157293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
白色光源と、この白色光源から発せられた光を３原色に分解して３原色の光をそれぞれ変調する反射型空間光変調素子に入射させこれら反射型空間光変調素子で変調されて反射された３原色の光を合成する分解合成手段と、この分解合成手段を経た光を投射する投射手段とを有する画像表示装置において、
前記分解合成手段は、波長選択性波長板及び偏光ビームスプリッタを有して構成され、
前記色分解合成手段の偏光ビームスプリッタと前記反射型空間光変調素子との間に、該色分解合成手段から該反射型空間光変調素子に入射される光の偏光方向を調整するための水晶波長板を備え、
前記水晶波長板は、２枚の水晶波長板が積層されて構成されており、これら水晶波長板の遅相軸のなす角度が、直交方向に対して５分以上１５分以内となっていることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記水晶波長板は、前記分解合成手段より出射される３原色光の光路上にそれぞれ設置され、透過する光束の波長に応じて、異なる全厚を有していることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項３】
白色光源と、この白色光源から発せられた光を３原色に分解して３原色の光をそれぞれ変調する反射型空間光変調素子に入射させこれら反射型空間光変調素子で変調されて反射された３原色の光を合成する分解合成手段と、この分解合成手段を経た光を投射する投射手段とを有する画像表示装置において、
前記分解合成手段は、波長選択性波長板及び偏光ビームスプリッタを有して構成され、
前記色分解合成手段の偏光ビームスプリッタと前記反射型空間光変調素子との間に、該色分解合成手段から該反射型空間光変調素子に入射される光の偏光方向を調整するための水晶波長板を備え、
前記水晶波長板は、片面、または、両面に、複屈折性の無いガラス板が取付けられていることを特徴とする請求項１、または、請求項２記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記ガラス板は、表面に曲率を有していることを特徴とする請求項３記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射型の液晶ライトバルブなどの反射型空間光変調素子を用いて変調した画像を結像させて画像表示を行う画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、反射型空間光変調素子を用いた画像表示装置は、高解像度及び高コントラスト比の画像表示ができることから、種々の構成の装置が開発され、また、商品化されている。
【０００３】
このような画像表示装置の多くは、反射型空間光変調素子を３枚備えて構成されるいわゆる「３板式カラープロジェクタ」である。この「３板式カラープロジェクタ」は、メタルハライドランプ等の強力な光源から得られる白色光を３原色に分解し、このように色分解された各色光を各色に対応する液晶パネル等の反射型空間光変調素子に導き、各反射型空間光変調素子を各色に対応する映像信号で駆動することにより変調し、さらに、各色の変調光を合成して投写することにより、画像表示を行うように構成されている。
【０００４】
図７は、従来の画像表示装置の光学系の構成を示す斜視図である。
【０００５】
このような従来の画像表示装置の光学系として、例えば、特許文献１に記載されたものは、図７に示すように、上下２層構造となされて構成されている。この光学系においては、上層部分には、光源１０１が設けられている。この光源１０１から発せられた白色光束は、コリメータレンズ１０２を経て略々平行光束となされ、インテグレータ１０３、コールドミラー１０４、赤外線カットフィルタ１０５を経て、３色分解クロスダイクロイックプリズム１０６に入射される。この３色分解クロスダイクロイックプリズム１０６において、白色光束は３原色（ＲＧＢ）に分解される。分解されたＲ（赤）光、Ｇ（緑）光及びＢ（青）光は、この３色分解クロスダイクロイックプリズム１０６から３方向に出射され、それぞれに対応する偏光ビームスプリッタ１０７ｒ，１０７ｇ，１０７ｂに入射される。これら偏光ビームスプリッタ１０７ｒ，１０７ｇ，１０７ｂに入射された各色光束は、この偏光ビームスプリッタ１０７ｒ，１０７ｇ，１０７ｂの偏光反射面に対するＳ偏光成分のみがこの偏光反射面により反射され、下方に向けて、互いに平行な方向となされて出射される。
【０００６】
図８は、従来の画像表示装置の光学系の要部の構成を示す斜視図である。
【０００７】
この画像表示装置においては、図８に示すように、偏光ビームスプリッタ１０７ｒ，１０７ｇ，１０７ｂからの出射光束は、それぞれ凸レンズ１０８ｒ，１０８ｇ，１０８ｂ及び偏光子１０９ｒ，１０９ｇ，１０９ｂを介して、下層部分の偏光ビームスプリッタ１１０ｒ，１１０ｇ，１１０ｂに入射される。これら偏光ビームスプリッタ１１０ｒ，１１０ｇ，１１０ｂに入射された光束は、各偏光ビームスプリッタ１１０ｒ，１１０ｇ，１１０ｂの偏光反射面により反射され、これら偏光ビームスプリッタ１１０ｒ，１１０ｇ，１１０ｂに対応して設置された各色用の反射型空間光変調素子１１１ｒ，１１１ｇ，１１１ｂに入射される。
【０００８】
これら反射型空間光変調素子１１１ｒ，１１１ｇ，１１１ｂに入射された光束は、これら反射型空間光変調素子１１１ｒ，１１１ｇ，１１１ｂに供給されている各色に対応した画像信号に応じて偏光変調されて反射される。反射型空間光変調素子１１１ｒ，１１１ｇ，１１１ｂにおいて偏光変調された反射光は、図７に示すように、各偏光ビームスプリッタ１１０ｒ，１１０ｇ，１１０ｂを透過して、これら偏光ビームスプリッタ１１０ｒ，１１０ｇ，１１０ｂに囲まれて配置された３色合成クロスダイクロイックプリズム１１２に入射される。
【０００９】
３色合成クロスダイクロイックプリズム１１２に入射された各色光は、合成されて、投射レンズ１１３に入射される。投射レンズ１１３は、入射光を図示しないスクリーン上に投射して結像させ、画像表示を行う。
【００１０】
この画像表示装置においては、偏光ビームスプリッタ１１０ｒ，１１０ｇ，１１０ｂに入射する光束が光軸に対してなす角度が大きくなると、表示画像のコントラストが低下するという問題がある。
【００１１】
そこで、この画像表示装置においては、各反射型光変調素子１１１ｒ，１１１ｇ，１１１ｂと各偏光ビームスプリッタ１１０ｒ，１１０ｇ，１１０ｂとの間に、それぞれ波長板１１４を配置している。これら波長板１１４は、１／４波長板である。これら波長板１１４は、進相軸、または、遅相軸が、偏光ビームスプリッタの入射光軸と反射光軸とを含む平面に直交するように配置されている。このように波長板１１４を配置することにより、表示画像のコントラスト比の向上を達成することができる。
【００１２】
コントラスト向上の詳細は、特許文献２に詳述させている通りである。すなわち、偏光ビームスプリッタの入射光軸と反射光軸とを含む平面（入射面）からずれた角度で偏光ビームスプリッタに入射する光線が、素子で反射して再び偏光ビームスプリッタに入射したときの偏光方向を補正することによって、画面が黒画面の場合に、当該光線が、偏光ビームスプリッタで完全に反射するようになり、その結果コントラストが高くなるものである。
【００１３】
このように１／４波長板を設けていることにより、偏光ビームスプリッターに入射する光束と入射光軸とのなす角が大きくなっても、表示画像のコントラスト比の低下が発生しない。したがって、この画像表示装置においては、偏光ビームスプリッタに入射する光束の拡がり角を大きくすることができ、明るく、かつ、高コントラスト比の表示画像を得ることが可能となる。
【特許文献１】特開平１０−１９７９４９号公報
【特許文献２】特開２０００−２０６４６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ところで、前述した１／４波長板は、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）やポリカーボネートフィルムからなる高分子フィルムを、ガラス基板の片面に粘着層、または、接着層によって貼ったものとして、あるいは、このような高分子フィルムの両面にガラス基板を接着したサンドイッチ構造のものとして構成されている。
【００１５】
これら高分子フィルムは、高分子材料を一軸方向に延伸して製造され、延伸倍率によって、延伸方向及びその直角方向の屈折率と、フィルム厚とを調整し、位相差値をコントロールしている。
【００１６】
これら高分子フィルムにおいては、大部分の材料について、延伸方向の屈折率が大きくなる傾向がある。このような材料は、正の固有複屈折（Δｎ＞０）を持つ材料である。一般に、屈折率が大きくなる方向を遅相軸と呼ぶが、簡単に光軸と呼ぶことも多い。また、遅相軸の直角方向を進相軸という。
【００１７】
しかしながら、前述の高分子フィルムは、一軸延伸により位相特性を発生させているので、機械的ストレスが加わった場合には、位相差の変化が生じやすい。また、温度変化が加わった場合に、それが熱膨張特性を介して機械的ストレスとなり、位相差特性が変化することもある。
【００１８】
すなわち、画像表示装置において光源が発する光量を増加させると、光学部品の温度は高くなされる傾向にあるので、各光学部品における熱吸収による機械的ストレスが発生し、波長板における位相差特性も、可逆的な変化及び不可逆的劣化を引き起こす虞れがある。
【００１９】
さらに、前述のような高分子フィルムを用いた波長板においては、位相差に関する面内均一性についても問題がある。
【００２０】
そこで、高分子フィルムを使用しない波長板として、水晶等の結晶を使用する波長板の使用が考えられる。水晶を使用した水晶波長板は、例えば、特開２００３−２２２７２４公報及び特開２００３−３０２５２３公報に開示されている。また、例えば、メレスグリオ社（MELLES GRIOT）のカタログ（レーザー＆オプティクスガイド：光学部品）に記載されている。水晶波長板（１／４波長）には、前述した問題点はなく、光源の高出力化による表示画像の高輝度化に耐える画像表示装置を構成することができる。
【００２１】
ところで、水晶波長板には、いわゆる「ファースト・オーダーの１／４波長板」と「マルチ・オーダーの１／４波長板」の２種類がある。ファースト・オーダーの１／４波長板は、水晶波長板を通過した光束における位相差が丁度１／４波長になるタイプであり、マルチ・オーダーの１／４波長板は、出射光における位相差が１／４波長に波長の整数倍を足した値になるタイプである。画像表示装置に使用する波長板は、色分解された後の各色の光束について、１／４波長の位相差を生じさせることが望ましく、そのためには、ファースト・オーダーのタイプが必要となる。
【００２２】
ファースト・オーダータイプの水晶波長板を１枚の水晶で作成するためには、水晶板の厚みが、１０μｍ乃至２０μｍ程度となり、研磨技術の観点から実用的な製品にならない。そこで、遅相軸を略々直交させて２枚の水晶波長板を積層させたファースト・オーダータイプの１／４波長板を採用する必要がある。
【００２３】
このような積層型の水晶波長板においては、各水晶波長板の遅相軸を直交させることが必要と考えられている。しかしながら、完全に直交させることが理想であるが、コスト的、経済的に困難性を伴う。
【００２４】
本発明は、前述の実情に鑑みて提案されるものであって、水晶波長板を用いた画像表示装置において、高いコントラスト比の表示画像が得られる画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上述の課題を解決するため、本発明に係る画像表示装置は、白色光源とこの白色光源から発せられた光を３原色に分解して３原色の光をそれぞれ変調する反射型空間光変調素子に入射させこれら反射型空間光変調素子で変調されて反射された３原色の光を合成する分解合成手段とこの分解合成手段を経た光を投射する投射手段とを有する画像表示装置において、分解合成手段は、波長選択性波長板及び偏光ビームスプリッタを有して構成され、色分解合成手段の偏光ビームスプリッタと反射型空間光変調素子との間に該色分解合成手段から該反射型空間光変調素子に入射される光の偏光方向を調整するための水晶波長板を備え、この水晶波長板は、２枚の水晶波長板が積層されて構成されており、これら水晶波長板の遅相軸のなす角度を、直交方向に対して５分以上、１５分以内とするものである。
【００２６】
この画像表示装置においては、色分解合成手段の偏光ビームスプリッタと反射型空間光変調素子との間に配置された水晶波長板は、２枚の水晶波長板が積層されて構成され、これら水晶波長板の遅相軸のなす角度が、直交方向に対して５分以上１５分以内となっていることにより、波長板の製造が容易で、かつ、高いコントラスト比の表示画像を得ることができる。
【００２７】
この画像表示装置において、水晶波長板は、分解合成手段より出射される３原色光の光路上にそれぞれ設置され、透過する光束の波長に応じて、異なる全厚を有していることが好ましい。
【００２８】
また、本発明に係る画像表示装置は、白色光源とこの白色光源から発せられた光を３原色に分解して３原色の光をそれぞれ変調する反射型空間光変調素子に入射させこれら反射型空間光変調素子で変調されて反射された３原色の光を合成する分解合成手段とこの分解合成手段を経た光を投射する投射手段とを有する画像表示装置において、分解合成手段は、波長選択性波長板及び偏光ビームスプリッタを有して構成され、色分解合成手段の偏光ビームスプリッタと反射型空間光変調素子との間に該色分解合成手段から該反射型空間光変調素子に入射される光の偏光方向を調整するための水晶波長板を備え、この水晶波長板は、片面、または、両面に、複屈折性の無いガラス板が取付けられていることが好ましい。
【００２９】
そして、この画像表示装置におい、ガラス板は、表面に曲率を有していることが好ましい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明に係る画像表示装置においては、色分解合成手段の偏光ビームスプリッタと反射型空間光変調素子との間に配置された水晶波長板は、２枚の水晶波長板が積層されて構成され、これら水晶波長板の遅相軸のなす角度が、直交方向に対して５分以上１５分以内となっていることにより、高いコントラスト比の表示画像を得ることができる。
【００３１】
すなわち、本発明は、水晶波長板を用いた画像表示装置において、高いコントラスト比の表示画像が得られる画像表示装置を提供することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明に係る画像表示装置の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００３３】
〔画像表示装置の実施の形態〕
図１は、本実施の形態における画像表示装置の構成を示す側面図である。
【００３４】
この画像表示装置においては、図１に示すように、可視光帯域の光を含んで発光する光源１から発せられた光束は、照明光学系２によって、照度を均一化され、第１の波長選択性波長板３を経て、第１の偏光ビームスプリッタ４に入射される。第１の波長選択性波長板３においては、Ｇ（緑色）光が第１の偏光ビームスプリッタ４の偏光反射面４ａに対するＰ偏光となされ、Ｒ（赤色）光及びＧ（青色）光が第１の偏光ビームスプリッタ４の偏光反射面４ａに対するＳ偏光となされる。第１の偏光ビームスプリッタ４の偏光反射面４ａにおいては、Ｇ光が透過し、Ｒ光及びＢ光が反射される。
【００３５】
第１の偏光ビームスプリッタ４を透過したＧ光は、第２の偏光ビームスプリッタ５も透過して、水晶波長板６を透過して、Ｇ用反射型空間光変調素子７に入射する。
【００３６】
一方、第１の偏光ビームスプリッタ４において反射されたＲ光及びＧ光は、第２の波長選択性波長板８を経て、第３の偏光ビームスプリッタ９に入射される。第２の波長選択性波長板８においては、Ｒ光が第３の偏光ビームスプリッタ９の偏光反射面９ａに対するＰ偏光となされ、Ｂ光が第３の偏光ビームスプリッタ９の偏光反射面９ａに対するＳ偏光となされる。第３の偏光ビームスプリッタ９の偏光反射面９ａにおいては、Ｒ光が透過し、Ｂ光が反射される。
【００３７】
第３の偏光ビームスプリッタ９を透過したＲ光は、水晶波長板１０を透過して、Ｒ用反射型空間光変調素子１１に入射する。また、第３の偏光ビームスプリッタ９において反射されたＢ光は、水晶波長板１２を透過して、Ｂ用反射型空間光変調素子１３に入射する。
【００３８】
Ｇ用、Ｒ用及びＢ用反射型空間光変調素子７，１１，１３においては、入射された光束は、これら反射型空間光変調素子７，１１，１３に供給されている各色に対応した画像信号に応じて偏光変調されて反射される。
【００３９】
Ｇ用反射型空間光変調素子７において偏光変調された反射光は、第２の偏光ビームスプリッタ５の偏光反射面５ａにおいて反射され、第４の偏光ビームスプリッタ１４に入射する。Ｒ用反射型空間光変調素子１１において偏光変調された反射光は、第３の偏光ビームスプリッタ９の偏光反射面９ａにおいて反射され、第３の波長選択性波長板１５を透過して、第４の偏光ビームスプリッタ１４に入射する。また、Ｂ用反射型空間光変調素子１３において偏光変調された反射光は、第３の偏光ビームスプリッタ９の偏光反射面９ａを透過し、第３の波長選択性波長板１５を透過して、第４の偏光ビームスプリッタ１４に入射する。
【００４０】
第３の波長選択性波長板１５においては、透過するＲ光及びＢ光のうち、Ｒ光のみについて、偏光方向を９０°回転させる。
【００４１】
第４の偏光ビームスプリッタ１４においては、偏光反射面１４ａに対して、Ｇ光がＳ偏光となっており、Ｒ光及びＢ光がＰ偏光となっている。したがって、この第４の偏光ビームスプリッタ１４においては、Ｇ光が偏光反射面１４ａにより反射され、Ｒ光及びＢ光が偏光反射面１４ａを透過することにより、これらＧ光、Ｒ光及びＢ光が合成される。
【００４２】
このように合成されたＧ光、Ｒ光及びＢ光は、第４の波長選択性波長板１６を経て、投射レンズ１７に入射される。第４の波長選択性波長板１６においては、透過するＧ光、Ｒ光及びＢ光のうち、Ｇ光のみについて、偏光方向を９０°回転させる。この第４の波長選択性波長板１６を透過した光束においては、Ｇ光、Ｒ光及びＢ光の偏光方向が全て揃った状態となっている。
【００４３】
そして、投射レンズ１７は、入射光を図示しないスクリーン上に投射して結像させ、画像表示を行う。
【００４４】
この画像表示装置において、Ｇ用、Ｒ用及びＢ用反射型空間光変調素子７，１１，１３と第２及び第３の偏光ビームスプリッタ５，９との間に配置されている水晶波長板６，１０，１２は、それぞれの透過光の波長を基準とした１／４波長板となっている。これら水晶波長板６，１０，１２は、透過光についての位相特性を補正することによって、各偏光ビームスプリッタの偏光反射面に斜め光成分が入射した場合に生ずる直線偏光からのずれを補正し、透過光をこの偏光反射面に対する直線偏光とし、また、反射型空間光変調素子をなす液晶のプレチルトの補正も同時に行っている。
【００４５】
〔水晶波長板の第１の実施の形態〕
この画像表示装置における水晶波長板６，１０，１２について説明する。
【００４６】
図２は、この画像表示装置における水晶波長板の構成を示す正面図であり、紙面に垂直な方向が光束の入出射方向となる。
【００４７】
図３は、図２中の矢印Ａの方向から見た水晶波長板の構成を示す側面図であり、光束の入射方向を矢印Ｂで示してある。
【００４８】
この水晶波長板６，１０，１２は、図２及び図３に示すように、２枚の水晶板１８，１９を光学用の接着剤で張り合わせて構成されている。これら水晶板１８，１９は、それぞれ円板状に形成されており、これら水晶板１８，１９としては、例えば、水晶のＺ板原石から切り出したピュアＺ板と称する水晶板を用いる。
【００４９】
これら水晶板１８，１９においては、図３中矢印Ｂで示す光束の入射方向がＹ方向であり、これら水晶板１８，１９の各主面部である平面１８ａ、１８ｂ、１９ａ、１９ｂがいずれもＸＺ平面である。これらの水晶板１８，１９において、Ｙ軸方向に光が透過するときに、Ｚ軸方向の屈折率ｎｚと、Ｘ軸方向の屈折率ｎｘとは、互いに異なる値となる。
【００５０】
そして、図２及び図３中の矢印１８ｃで示す一方の水晶板１８の光学軸（水晶結晶のＺ軸）方向と、矢印１９ｃで示す他方の水晶板１９の光学軸（水晶結晶のＺ軸）方向とは、互いに直交する方向となっている。また、水晶板１８の厚さｔａと、水晶板１９の厚さｔｂとは、互いに異ならせてある。
【００５１】
これら、水晶板１８の厚さｔａと水晶板１９の厚さｔｂとの差Ｔ（＝ｔａ−ｔｂ）は、例えば、青色光用の水晶波長板においては、１２．３μｍ、緑色光用の水晶波長板においては、１４．７μｍ、赤色光用の水晶波長板においては、１７．４μｍとなっている。
【００５２】
このように２枚の水晶板１８，１９を積層させて構成した水晶波長板５の特性は、各水晶板１８，１９の厚みの差に相当する厚さの単層の水晶板と同じ特性となる。
【００５３】
水晶板を所定の平坦度及び所定の厚さに加工することは公知の加工方法によって行うことができ、所定の厚みの差を有する一対の水晶板１８，１９を作成することは容易である。
【００５４】
そして、この水晶波長板の位相差特性は、次のように表すことができる。すなわち、波長λ（ｎｍ）の光がこの水晶波長板（波長選択性２分の１波長板）６，１０，１２を透過したときに生じる位相差をＡ（度）とし、各水晶板１８，１９の厚みの差をＴ（ｍｍ）、Ｚ軸方向の屈折率をｎｚ、Ｘ軸方向の屈折率をｎｘとすると、以下のように示すことができる。
【００５５】
Ａ＝３６０Ｔ×（ｎｚ−ｎｘ）／λ
表１は、水晶波長板における各波長についての位相差を示す表である。
【表１】
2005157293.tif 000003
【００５６】
図４は、水晶波長板における各波長に対する位相特性を示すグラフである。
【００５７】
この図４において、折れ線ａ，ｂ，ｃは、それぞれ赤色（Ｒ）光、緑色（Ｇ）光、青色（Ｂ）光の位相差を表している。
【００５８】
位相差Ａを波長４００ｎｍから波長７００ｎｍの範囲の各波長について求めると、表１に示すように、波長に対して変化しており、これをグラフ化すると、図４に示すように、長波長側ほど位相差が少なくなる傾向を示している。表１に示している数値は、青色光用の水晶波長板における各水晶板の厚み差Ｔを１２．３μｍ、緑色光用の水晶波長板における各水晶板の厚み差Ｔを１４．７μｍ、赤色光用の水晶波長板における各水晶板の厚み差Ｔを１７．４μｍとした場合における各水晶波長板における波長毎の位相差を計算により求めたものである。
【００５９】
なお、この位相差は、リターダンスとも称され、また、水晶波長板は、リターダー（遅相子）とも称される。
【００６０】
図５は、各水晶板の光学軸の直交度と、画像表示装置における表示画像のコントラストとの関係を示すグラフである。
【００６１】
図５中の直線ａ，ｂ，ｃは、それぞれ赤色（Ｒ）光、緑色（Ｇ）光、青色（Ｂ）光を表している。なお、図中の左側には、赤色（Ｒ）光、緑色（Ｇ）光、青色（Ｂ）光用のポリカーボネート波長板のコントラストが示されている。
【００６２】
この図５に示すデータより、各水晶板１８，１９の光学軸の直交度が高いほど、画像表示装置における表示画像のコントラストが良好となることがわかる。
【００６３】
ただし、図５でわかることは、貼り合わせ角度が大きい場合には、コントラストの絶対値が小さいことに加えて、同じ角度に対してコントラストのばらつきが大きいことである。この原因は、２枚の波長板の厚みの和を管理しないためであると考えられる。
【００６４】
すなわち、各々の水晶板の厚み公差を極端に厳しくして、任意の一組の波長板の組合わせに対して、厚み差を所定の厚みにするには、単独の厚みを数ミクロンのオーダーに合わせなければならない。
【００６５】
これでは、水晶板の生産性（歩留まり）が問題となる。そこで、各々の水晶板の厚み公差をある程度緩和したうえで、両者の水晶板の厚みをランク分けし、両者のランク分けを対応させて組み合わせる方が歩留まりが良いためである。図５においては、このようにして波長板を作成している。
【００６６】
ここで、波長板に直線偏光が入射した場合、偏光状態がどのように変化するかについて、ジョーンズ行列によって、解析する。
【００６７】
図９に示すように、厚みｌの１枚の水晶板がその進相軸がｘ軸とθの角をなして配置されている場合、波長板に入射する前後の偏光状態は、ジョーンズ・ベクトルとジョーンズ行列によって式１のように表される。ここで、ジョーンズ・ベクトルとは、光の偏光状態を表すベクトルであり、ジョーンズ行列とは、光の状態を変化させる素子（ここでは水晶板）の作用を表す２行２列の行列をいう。また、Γは、素子（水晶板）の位相差（ラジアン表示）であり、Γ＝（ｎｓ−ｎｆ）（２π／λ０）ｌである。
【数１】
2005157293.tif 000004
【００６８】
水晶板が１／４波長で（Γ＝π／２）、θ＝０度で配置されている場合は、式１は式２となる。
【数２】
2005157293.tif 000005
【００６９】
次に、図１０に示すように、厚みｌ、ｍの２枚の水晶板１，２が配置しているとする。水晶板１はその進相軸がｘ軸と角度δをなし、水晶板２は、進相軸がｘ軸と平行である。この場合、波長板に入射する前後の偏光状態は、ジョーンズ・ベクトルとジョーンズ行列によって式３で表される。ここで、Γｌ＝（ｎｓ−ｎｆ）（２π／λ０）ｌ、Γｍ＝（−ｎｓ＋ｎｆ）（２π／λ０）ｍである。
【数３】
2005157293.tif 000006
【００７０】
式３において、δ＝０と置き、厚み差を調整してΓｌ＋Γｍ＝１／２πとすると、式４となる。すなわち、式４は、式２と同じになる。
【数４】
2005157293.tif 000007
【００７１】
ここで、両者の厚み（ｌ、ｍ）の和＝ｌ＋ｍは範囲が広くなる。すなわち、位相差「Γｌ−Γｍ」は０乃至２πまでばらつくから、式４のジョーンズ行列：ＡＢの要素のうち、１行２列、２行１列は零になることもあり得る（指数関数の第１項と第２項とが等しくなりうる）し、最大になることもありうる。これが、「貼り合わせ角度が大きい場合には、コントラストの絶対値が小さいことに加えて、同じ角度に対してコントラストのばらつきが大きくなる」ことの原因であると考えられる。
【００７２】
なお、この図５に示すデータを測定した光学系は、照明合成系のＦナンバーは４．０であり、コーンアングルは、７度であった。
【００７３】
表２は、水晶波長板を用いた場合の画像表示装置における表示画像のコントラストと、波長板としてポリカーボネイトフィルムからなる波長板を用いた場合の画像表示装置における表示画像のコントラストとを比較した表である。
【表２】
2005157293.tif 000008
【００７４】
このような水晶波長板を用いた場合の画像表示装置における表示画像のコントラストを、波長板としてポリカーボネイトフィルムからなる波長板を用いた場合の画像表示装置における表示画像のコントラストと比較すると、表２に示すように、ポリカーボネイトフィルムからなる波長板を用いた場合よりも高いコントラストの表示画像を得るためには、水晶波長板における各水晶板１８，１９の光学軸の直交度は、少なくとも１５分以内である必要がある。
【００７５】
〔水晶波長板の第２の実施の形態〕
次に、全厚２ｍｍの水晶波長板サンプルと、全厚０．５ｍｍの水晶波長板サンプルとをそれぞれ波長板として用いた場合の、画像表示装置における表示画像のコントラストと各水晶板１８，１９の光学軸の直交度との関係を測定した。この結果は、以下の表３に示す通りである。
【表３】
2005157293.tif 000009
【００７６】
すなわち、全厚を０．５ｍｍとした場合であっても、各水晶板１８，１９の光学軸の直交度が低い（直交からのずれが大きい）場合には、表示画像のコントラストは低いものとなり、実用に耐えない。
【００７７】
この場合、各水晶板１８，１９の光学軸の直交度が、例えば、１０分以内であったので、十分なコントラストの表示画像を得ることができた。
【００７８】
このことは、各水晶板１８，１９の光学軸の直交度が低い（角度が大きい）ことによる表示画像のコントラスト低下と、例えば、特開２００３−２２２７２４公報に記載されているような、水晶波長板の全厚が厚いことによる表示画像のコントラスト低下とは、原因が異なることを示している。
【００７９】
〔水晶波長板の第３の実施の形態〕
この実施の形態においては、画像表示装置における照明光学系として、Ｆ２．４の光学系を使用した。
【００８０】
そして、水晶波長板の各水晶板１８，１９の光学軸の直交度が１０分以内のサンプルを用いて、以下の表４に示すように、波長板としてポリカーボネイトフィルムからなる波長板を用いた場合とで表示画像のコントラストを比較した。
【表４】
2005157293.tif 000010
【００８１】
この実施の形態においても、水晶波長板の各水晶板１８，１９の光学軸の直交度が１０分以内であったので、十分なコントラストの表示画像を得ることができることがわかる。
【００８２】
ところで、２枚の水晶板の光学軸を合わせるのは、具体的にいうと、
(1)水晶のＺ板原石からピュアＺ板を切り出す。
【００８３】
(2)ピュアＺ板の光学軸を測定する。
【００８４】
(3)光学軸と直角又は平行にオリフラ（平面状の面取り）を加工する。
【００８５】
(4)それぞれの円板の厚さを所定に研磨する。
【００８６】
(5)それぞれの円板をオリフラ規準に貼り合わせる。
【００８７】
という工程が必要である。
【００８８】
水晶板を所定の平坦度及び所定の厚さに加工することは公知の加工方法によって行うことができ、所定の厚みの差を有する一対の水晶板１８，１９を作成することは比較的容易であるが、光学軸を測定してオリフラを加工する場合には、数分の誤差が発生する。これは、例えば、Ｘ線検査装置の測定は比較的高精度であっても、量産機械加工で必然的に発生する。さらに、それぞれの円板をオリフラ規準に貼り合わせる場合は、例えば、片側規準でもう片側の角度を合わせながら貼ることになる。
【００８９】
試作及び実験の結果、５分以内は量産的には極めて作成困難であることが判明した。
【００９０】
以上を鑑みると、直交度は、５分乃至１５分の間であることが望ましい。
【００９１】
〔水晶波長板の第４の実施の形態〕
次に、水晶波長板においては、高分子フィルムを用いた波長板と異なり、全厚を変更することによって、光学系におけるコントラストをある程度コントロールすることが可能であることを示す。
【００９２】
すなわち、例えば、青色光用の水晶波長板（各水晶板の厚みの差Ｔ＝１２．３μｍ）において、水晶波長板の全厚が２ｍｍである場合と全厚０．５ｍｍであるの場合とについては、前記の表３に示すように、全厚が薄い方が表示画像のコントラストが増大していることがわかる。
【００９３】
このような水晶波長板の特性を積極的に活用することにより、ＲＧＢ３原色についてのコントラストを整合させ、表示画像の階調再現性を向上させることができる。
【００９４】
すなわち、近年の画像表示装置において、特に、いわゆるホームシアター用途においては、階調再現性が重要となってきている。階調再現性を向上させようとする場合、各原色についてのコントラストの絶対値が高いことのみならず、各原色の光学系コントラストがほぼ一定の値に揃っていることが重要となる。各原色についての光学系コントラストが異なると、白の輝度を落として黒に近づけるにつれて、その色温度が変化して正確な黒色が再現できないこととなり、黒の階調再現性が確保できないこととなるからである。
【００９５】
〔水晶波長板の第５の実施の形態〕
さらに、前述の水晶波長板に、さらに、例えば、溶融シリカ（Fused sillica）の板を積層させることにより、水晶波長板自体が薄い場合でも、この水晶波長板の撓みや反りを防止することができる。また、水晶波長板の両面に溶融シリカの板を積層させることにより、より薄く研磨した水晶波長板を使用することが可能となる。
【００９６】
水晶波長板に積層させる板としては、溶融シリカの板に限られず、各種ガラスの板を使用することが可能である。
【００９７】
〔水晶波長板の第６の実施の形態〕
そして、第５の実施の形態において述べたような水晶波長板に対して積層させた板においては、外方に臨む側の片面を曲面とし、投射レンズの倍率色収差を補正することとしてもよい。
【００９８】
図６は、水晶波長板に対して積層させた板の片面を曲面とした波長板の構成を示す図である。図６（ａ）は側面図であり、図６（ｂ）は正面図である。
【００９９】
すなわち、図６に示すように、水晶波長板に対して積層させた板２０の外面部を、例えば、曲率半径４５１７．８２ｍｍの球面とする。水晶波長板そのものに曲率をつけた場合には、中心部と周辺部とにおいて厚みの差が生じ、波長板の場所によってリターダダンス値が変化してしまうこととなるが、水晶波長板に積層させた板２０に曲率をつけることにより、このような問題を生ずることなく、投射レンズの倍率色収差を補正することができる。なお、波長板の表面を曲面とすることにより投射レンズの倍率色収差を補正することは、例えば、特許３３６５６１８号公報にも記載されている。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明に係る画像表示装置の第１の実施の形態における構成を示す側面図である。
【図２】前記画像表示装置における水晶波長板の構成を示す正面図である。
【図３】前記画像表示装置における水晶波長板の構成を示す側面図である。
【図４】前記画像表示装置における水晶波長板の位相特性を示すグラフである。
【図５】前記画像表示装置における水晶波長板をなす各水晶板の光学軸の直交度と、画像表示装置における表示画像のコントラストとの関係を示すグラフである。
【図６】前記水晶波長板に対して積層させた板の片面を曲面とした構成を示す側面図及び正面図である。
【図７】従来の画像表示装置の光学系の構成を示す斜視図である。
【図８】従来の画像表示装置の光学系の要部の構成を示す斜視図である。
【図９】厚みｌの１枚の水晶板がその進相軸がｘ軸とθの角をなして配置されている場合を示す斜視図である。
【図１０】厚みｌ、ｍの２枚の水晶板が配置されている場合を示す斜視図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１  光源
４，５，９，１４  偏光ビームスプリッタ
６，１０，１２  水晶波長板
７，１１，１３  反射型空間光変調素子
１７  投射レンズ
１８，１９  水晶板
２０  板
【図１】
2005157293.tif 000011
【図２】
2005157293.tif 000012
【図３】
2005157293.tif 000013
【図４】
2005157293.tif 000014
【図５】
2005157293.tif 000015
【図６】
2005157293.tif 000016
【図７】
2005157293.tif 000017
【図８】
2005157293.tif 000018
【図９】
2005157293.tif 000019
【図１０】
2005157293.tif 000020